3.1 制备的活性炭的元素组成
根据表 1中 提供的数据 ，用于该研究的前体的特征在于相对高含量的矿物质以及有机非碳杂质，尤其是氧。 原始褐煤的热解和活化都引起其结构的显着变化。 热化学处理使C daf 的含量显着增加 除硫外，其他元素的含量也大幅下降。 这些变化当然与该方法的高温有关，该高温负责破坏碳质基质中存在的最不稳定的化学键，并因此以简单的气体或液体化合物的形式除去杂原子。 前体的高温处理（独立于变体）也导致灰分含量的显着增加，这可由以下事实证明：活化产物的特征在于矿物质含量几乎是原料的两倍。
表格1
前体，焦炭和活性炭的元素组成和活化过程的产率（wt％）
如表 1 和图 1 所示 数据的进一步分析如下， 用盐酸处理活性炭会导致灰分含量显着下降，特别是在BPAD样品中，其含有比各自的BPA少三倍的矿物质压载物。样品，未经HCl处理。 样品的部分脱矿质也使其元素组成发生一些变化。 样品BAD和BPAD显示出比BA和BPA略高的碳含量，同时具有较低的氢，硫和特别是氧的含量。
3.2 活性炭的结构参数
表 2 中的数据分析 表明，褐煤的直接和两级活化，都不允许有效地开发表面积和多孔结构。 制备的活性炭的表面积在407和436m 2 / g之间变化，而总孔体积在0.34和0.39cm 3 之间变化。 /G。 所制备的材料的质地参数如此差的主要原因可能是非常高含量的无机物质，其可沉积在孔隙中并因此阻止吸附物分子进入较小的孔隙。 两种活性炭的多孔结构包括具有高中孔贡献的微孔，如下所示：总孔体积中的低微孔贡献，相对高的平均孔径（表 2 ），以及图中所示的氮吸附等温线和孔径分布。 。 2 和 3 ， 分别。 根据IUPAC分类，BA和BPA样品的等温线接近I型，是微孔和中孔材料的特征，孔径接近微孔范围。 然而，宽滞后回路（H4型）证明存在更大直径的孔。 从孔径分布曲线的过程可以看出，这些主要是介孔，直径范围为2-15nm。
如下对表 2 和图 2 和3中 所示数据的进一步分析如下 。 2 和 3 通过盐酸处理的活性炭显示出比未改性样品更有益的纹理参数，这很可能是除去大部分灰分的结果。 该假设通过以下事实得到证实：BAD和BPAD样品的特征在于比未用盐酸处理的相应样品高得多的总孔体积。 此外，在样品BAD和BPAD的氮吸附等温线过程中观察到更宽的滞后回路，证实了先前的假设，即矿物质可以阻挡所获得材料结构中存在的大部分孔。 对于经受直接活化的样品BA尤其可见。 去除相当一部分灰分后，总孔隙体积增加了近三倍， 更重要的是，中孔的贡献从46％增加到78％。 在此观察的基础上，还可以假设直接活化过程的条件对于所施加的前体而言过于剧烈，导致有机物 但是，这个问题需要进一步研究。
3.3 活性炭的酸碱性质
根据表 3中 的数据 所得到的材料显示出多种酸碱性质，这可以从氧官能团的含量得出，其在1.21-5.77mmol / g范围内变化，pH值从3.94变化到12.36。 如所见，氧官能团的含量和类型取决于活化的变体以及通过盐酸处理所得的碳。 就未修饰的样品而言（BA和BPA），观察到表面的强碱性特征（pH> 11.5）。 这当然是前体结构中高含量矿物质的结果，其在热解或活化过程中经历转化并保留在产物的结构中。 至于用盐酸（BAD和BPAD）处理的样品， 它们表现出完全不同的表面酸碱性质。 在样品BAD和BPAD中，表面氧基团的总量（1.21-2.19mmol / g）以及pH值（~4）低得多，并且与样品BA和BPA相比，具有官能团的支配。在它们中观察到酸性特征。 在酸洗步骤期间，最可能的是除去存在于活性炭结构中的大部分矿物质的效果。
3.4 活性炭对二氧化氮和硫化氢
有利于对酸性气体污染物进行吸附研究的主要前提是活性炭结构中矿物质含量高，以及存在大量碱性表面官能团，根据以前的文献报道，对去除这种类型的污染（元Bandosz的有效性产生积极的影响 2007年 ，冯等人。 2005年 ，诺维茨基等人。 2013 ， 2014 ;坎特等人2012 ）。 为了验证这种假设，所有制备的材料都经过四种变体的吸附测试。 相关测量的结果在表 4 和 5 中给出 。
表4
活性炭的 NO 2 突破能力（mg / g 广告 ）
表5
H 2 S活性炭的突破能力（mg / g 广告 ）
结果清楚地说明了活化变体，盐酸活化处理后的显着效果以及吸附试验条件对H 2 S和NO 2 的吸附能力 。 此外，每种制备的材料对二氧化氮的吸附能力明显较高，因此，首先将讨论有关该污染物的结果。 由于各个样品的结果根据吸附条件而显着变化，因此难以指出具有最佳吸附性能的单一材料。 干燥条件下最有效的吸附剂（46.0mg / g）是样品BA，通过用CO 2 直接活化获得 在850℃下，而在经受预加湿（MD条件）的样品中，通过物理活化获得的最有效的证明样品BPA，其吸附101.2mg NO 2 。 在干燥和混合干燥条件下吸附过程中二氧化氮的最低效吸附剂是样品BAD，其吸附容量分别为14.4和20.4mg / g。 经盐酸处理（BPAD）的第二样品的吸附容量也降低，但程度较小。 这些结果清楚地表明矿物质对二氧化氮吸附能力的显着影响。
此外，系统中水的存在对NO 2 去除 效率具有显着影响 。 通过使用潮湿空气流对吸附床进行预加湿，显着提高材料的吸附能力，特别是对于未经脱矿质处理的样品。 对于样品BPA尤其可见，其中观察到吸附气体量几乎增加了三倍。 对NO 2 去除 效率的更有益的影响 带来了从干燥到湿润的吸附条件的变化。
在潮湿条件下（87.3mg / g）最有效的吸附剂是通过物理活化获得的样品，而在混合 - 湿润条件下，最佳吸附能力显示样品BA，其吸附高达192.5mg / g。 与在干燥条件下类似，经过脱矿质（BAD和BPAD）的碳获得的结果不太令人满意，特别是在混合湿润条件下，其中经盐酸处理和未经处理的样品之间的差异达到159至175 mg / g 。 此外，在潮湿条件下测量之前吸附床的预加湿效果远大于在干燥条件下的效果。 但是，应该注意的是，对于经过脱矿质处理的样品，该程序会带来负面结果。
如上所述，所研究的所有活性炭对硫化氢的吸附能力明显较差（表 5 ）。 与NO 2 类似， 通过活化方法，活化后处理以及吸附测试条件确定 H 2 S从气体通量吸附的能力 很高。 通过直接活化前体获得的BA样品发现最高的吸附容量。 对于通过物理活化获得的BPA样品，也获得略微不令人满意的结果。 不幸的是，无论吸附条件如何，用盐酸处理的两个样品对硫化氢（<3mg / g）的吸附能力都很差。
所有样品 在干燥条件下 显示出最低的 吸附 H 2 S吸附能力（D）。这一结果意味着强碱性表面特征，高含量的矿物质（未经HCl处理的样品）或中等显影表面积（经HCl处理的样品）不足以有效去除 气体流量中 的H 2 S. 。根据表 6中 收集的数据 ，该过程中最重要的是系统中存在蒸汽。 可以看出，用湿空气（MD条件）润湿吸附剂床改善了活性炭的吸附能力，但主要用于未经脱矿质的样品，其中观察到四或五倍的增加。 最有可能的是，它是在碳基质表面产生薄膜水的结果，因为它有利于H 2 S键合。当在潮湿条件下（W）进行吸附过程时，获得了更令人印象深刻的效果。 在流过吸附床的气体流中连续存在蒸汽显然有利于H 2 S的去除，因为对H 2 的吸附能力 S远高于干燥和混合干燥条件下的S.
表6
吸附等温线常数用于在22±2℃下将亚甲基蓝吸附到活性炭上
对于通过直接活化起始煤获得的样品BA，观察到相对于在干燥和混合干燥条件下测量的吸附容量的最大增加（分别为约25和35倍）。 样品BPA的吸附容量约低50％。 不幸的是，对于用盐酸处理的样品，这种改善是最小的，如吸附容量不超过3mg / g所示。 基于这些结果，可以明确地得出结论，矿物质的存在有助于 从气体流中 有效地去除H 2 S，尤其是在存在水的情况下。
根据Bandosz研究小组早先提出的机制（Pietrzak和Bandosz 2007 ; Bagreev），吸附剂表面上 NO 2 和H 2 S 的化学吸附很可能是 吸附剂去除 的活性炭的吸附能力 。等人 2001 ），假设形成相应的硝酸盐和硫化物，在吸附的气体中存在的矿物质分子和金属氧化物之间的反应。 但是，对这个问题的详细解释需要进一步研究。
3.5 对碘和亚甲蓝的吸附能力
图 4 和表 6中 显示 的数据 清楚地说明了活化方法以及活化后对所研究的液体污染物的吸附能力的显着影响。 然而，与去除气体污染物相反，对液体杂质更有效的吸附剂是经过脱矿质处理的样品。 最可能的是，这些样品的表面积和多孔结构得到了更好的发展。
从未经盐酸处理的样品中，对两种吸附物更有效的吸附剂被证明是样品BPA（通过两步活化获得），其吸附容量分别为碘的702mg / g和亚甲蓝的156.25mg / g。 如上所述，活性炭样品的部分脱矿质显着改善了它们的吸附性能。 样品BAD和BPAD的碘值 对于亚甲蓝，样品的吸附容量的增加要低得多，从样品BPAD的2.41mg / g到样品BAD的46.3mg / g。 样品BAD样品获得的更好的结果很可能与其多孔结构中相当高的中孔贡献有关（表 2 ）。 还应该注意的是，大多数制备的样品的吸附能力是类似于那些用于商业微/孔活性炭-诺芮特实现 ® SX2，这是很通常在实践中使用，用于水的净化。
根据图 5 中所示的平衡吸附等温线 ，吸附的亚甲蓝的量随着初始染料浓度的增加而显着增加，直至饱和。 由于等温线的形状是单一且平滑的，因此表明吸附剂表面的单层覆盖有亚甲蓝分子。 R 2 值范围为0.989至0.999（表 6 ）显示亚甲蓝在制备的活性炭上的吸附由Langmuir模型描述。 另外，0和1之间的1 / n值表明吸附条件是有利的，并且亚甲蓝分子可自由进入活化的碳结构中存在的孔。
